KR102342204B1 - 다중벽 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중벽 파이프의 제조 방법뿐만 아니라 이 제조 방법에 의해 제조된 다중벽 파이프에 관한 것이다. 스틸 스트립은 금속 스트립의 스틸 소스층을 형성하고, 스틸 소스층에는 적어도 한쪽 면에 니켈 소스층이 부착된다. 솔더 소스층이 하나의 니켈 소스층에, 또는 2개의 니켈 소스층 중 한쪽 또는 양쪽에 부착된다. 다중벽 파이프는 롤링에 의해 금속 스트립으로부터, 또는 금속 스트립의 섹션들로부터 형성된다. 파이프의 벽들은 가열에 의해 솔더링된다.

Description

다중벽 파이프 및 그 제조 방법{MULTI-WALLED PIPE AND MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은 다중벽 파이프의 제조 방법, 그리고 특히 이 방법에 따라 제조되는 다중벽 파이프에 관한 것이다.

위에서 특정한 파이프의 제조는 기본적으로 공지되어 있다. 이에 의해, 스틸 스트립(steel strip)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 구리로 된 솔더층(solder layer)이 코팅된다. 스틸 스트립은 스틸 소스층을 형성하고 구리는 금속 스트립의 1개 또는 2개의 솔더 소스층을 형성한다. 금속 스트립, 또는 금속 스트립의 섹션은 이후에 수회에 걸쳐 롤업(roll-up)된다. 최종 단계에서, 구리는 다중벽 파이프를 가열함으로써 용융되고, 이에 의해 파이프의 롤업된 벽이 솔더링(soldering)됨으로써 고품질의 재료 접합식 결합이 얻어진다. 이 방식으로 제조된 파이프는 한편으로 매우 견고하고, 다른 한편으로는 제조가 비교적 경제적이다.

이 방법에서의 실질적인 문제는 스틸 스트립을 솔더층으로 코팅하는 것에 관한 것이다. 그 이유는, 스틸 스트립의 경우에서와 같은 대규모 코팅의 경우, 전기 도금(갈바니 기법으로 지칭됨)이 대부분 사용되기 때문이다. 그러나, 오로지 그리고 독점적으로 전기 도금용 전해질욕(electrolyte bath)에 대한 시안화물(cyanide)의 첨가를 통해 스틸에 대한 솔더층의 충분한 부착력이 경제적인 관점에서 달성된다. 전해질욕에 매우 유독한 시안화물을 첨가하는 것을 피하기 위해 솔더층의 부착력을 향상시키는 다수의 방안이 존재하고 있다. 그러나, 이들 방안들 모두는 각각 단점을 수반하며, 이에 따라 전체적인 평가에서 시안화물을 첨가하는 공지된 방법이 지금까지 우세하였다. 이들 단점으로는, 예컨대 불충분한 부착력, 오염 물질에 대한 전해질욕의 과도한 민감성, 위험한 강산화제의 첨가, 또는 너무 복잡한 프로세스 단계가 있다.

이러한 모든 단점으로 인해, 파이프의 품질(특히, 솔더층의 부착력)이 떨어지거나 방법이 비경제적으로 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 시안화물 없이 전술한 단점을 피하는 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명은, 매우 경제적이고 시안화물이 없는 동시에 스틸 스트립에 대한 솔더층의 양호한 부착력을 보장하는 방법을 제공하는 기술적인 문제를 처리한다.

이 기술적인 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다중벽 파이프, 특히 아래에서 더 설명되는, 본 발명에 따른 파이프를 제조하는 방법을 교시하고 있는데, 스틸 스트립이 금속 스트립의 스틸 소스층을 형성하고, 니켈 소스층이 스틸 소스층의 적어도 하나의 면에 부착되며, 솔더 소스층이 하나의 니켈 소스층에, 또는 2개의 니켈 소스층 중 한쪽에 부착되고, 다중벽 파이프는 금속 스트립으로부터 또는 금속 스트립의 섹션들로부터 롤링에 의해 형성되며, 파이프의 벽은 가열에 의해 솔더링된다.

"금속 스트립"이라는 용어는 제조 단계에 관한 것이다. 따라서, 이 용어는 단순한 스틸 스트립뿐만 아니라 각각의 추가 코팅 단계에서의 스트립을 지칭한다. 스틸 스트립의 폭은 바람직하게는 250 mm 내지 1,500 mm, 그리고 특히 바람직하게는 700 mm 내지 1,100 mm이다. 유리하게는, 스틸 스트립은 냉간 스트립(cold strip)이다. 스틸 스트립은 실제 목적을 위해 냉간 조건일 때에 성형될 수 있다. 스틸 스트립은 이상적으로는 스틸 타입 DC 또는 DX와 연관된다. 매우 특히 바람직하게는, 스틸 스트립은 스틸 DC03 또는 DC04로 구성된다. 스틸 스트립의 두께, 및 이에 따라 스틸 소스층의 두께는 실제 목적을 위해 150 내지 600 ㎛, 바람직하게는 250 내지 420 ㎛, 및 특히 바람직하게는 300 내지 370 ㎛에 달한다. 니켈 소스층(들)의 부착 전에, 스틸 스트립은 세척되는 것이 유리하다. 니켈 소스층의 두께는 바람직하게는 40 내지 800 nm, 특히 바람직하게는 60 내지 300 nm, 및 매우 특히 바람직하게는 70 내지 200 nm이다. 대조적으로, 솔더 소스층의 두께는 바람직하게는 2 내지 12 ㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 8 ㎛, 및 매우 특히 바람직하게는 4 내지 6 ㎛이다. 스트립들의 롤링은 롤러에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 제1 실시예에 따르면, 가열은 복사선 오븐(머플 전기로라고도 또한 지칭됨)에 의해 이루어진다. 다른 실시예에 따르면, 가열은 인덕션 오븐에 의해 또는 파이프 자체에 대한 고주파 전류의 인가에 의해 이루어진다.

"니켈 소스층"이라는 용어는 순수한 니켈층뿐만 아니라 니켈 합금을 지칭한다. 바람직하게는, 니켈 소스층의 니켈 부분은 상대 최대값에 대응한다. 특히 바람직하게는, 니켈 소스층의 니켈 부분은 절대 최대값에 대응한다. 매우 특히 바람직하게는, 니켈 부분은 적어도 80%에 달한다.

"솔더 소스층"이라는 용어는 솔더링에 적합한 금속 및 금속 합금을 포함한다. 솔더 소스층은 바람직하게는 "납, 주석, 아연, 은, 구리"로 이루어진 군으로부터의 금속들 중 적어도 하나를 갖는다. 바람직하게는, 적어도 하나의 솔더 소스층은 적어도 하나의 브레이징 솔더(brazing solder)를 포함한다. 본 발명에서 기술되는 브레이징 솔더는 450℃를 초과하는 연화 온도를 갖는 금속을 말한다.

적어도 하나의 니켈 소스층 및/또는 적어도 하나의 솔더 소스층이 전기 도금에 의해 부착되는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다. 실제 목적을 위해, 적어도 하나의 전해질욕이 적어도 하나의 니켈 소스층 및/또는 적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금 중에 사용된다.

바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 니켈 소스층 및/또는 적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금은 일정한 전해질 유량의 유지 가능성을 갖는 적어도 하나의 셀(cell)에서 수행된다. 일정한 전해질 유량을 유지할 가능성을 갖는 셀은 유리하게는 반경 방향 셀이다. 다른 실시예에 따르면, 일정한 전해질 유량을 유지할 가능성을 갖는 셀은 이동 가능한 애노드를 갖는 셀이다. 특히 바람직하게는, 이동 가능한 애노드를 갖는 셀은 소위 중력 셀(Gravitel cell)이다. 제1 실시예에 따르면, 반경 방향 셀은 금속 스트립을 단 하나의 면에서 코팅한다. 제2 실시예에 따르면, 중력 셀은 스틸 스트립을 양쪽 면에서 코팅한다. 중력 셀은 바람직하게는 니켈 소스층을 스틸 스트립의 양쪽 면에 부착시킨다. 일정한 전해질 유량을 유지할 가능성을 갖는 적어도 하나의 셀의 이용은, 이 방법에 의해 전체 셀에 걸쳐서 균일한 전류 밀도가 보장된다는 지식을 기초로 한다. 이로 인해, 특히 니켈의 특별히 균일한 분포가 가능해진다. 따라서, 그 결과, 매우 얇은 니켈 소스층을 얻을 수 있다.

적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금은 유리하게는 적어도 하나의 반경 방향 셀에서 수행된다. 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금은 적어도 2개의 반경 방향 셀에서, 그리고 보다 바람직하게는 적어도 4개의 반경 방향 셀에서 수행된다. 실제 목적을 위해, 금속 스트립의 한쪽 면이 접촉면 상에 있음으로써, 전해질욕은 금속 스트립의 다른 면하고만 접촉하게 된다. 접촉면은 접촉 드럼에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 애노드는 금속 스트립, 또는 접촉면, 또는 접촉 드럼에 대해 일정한, 또는 실질적으로 일정한 간격을 두고 각각 배치되는 것이 바람직하다. 전해질은 접촉 드럼의 2개의 면에서 반경 방향 셀로 도입되는 것이 적절하다. 이상적으로는, 접촉 드럼의 가장 깊이 위치하는 영역에 전해질 출구가 존재한다. 바람직하게는, 금속 스트립은 제1 편향 롤러를 통해 반경 방향 셀 내로 공급된다. 금속 스트립은 유리하게는 제2 편향 롤러를 통해 반경 방향 셀로부터 인출된다.

적어도 하나의 니켈 소스층 및/또는 적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금이 패시브 애노드(passive anode)를 이용하여 수행되는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다. 패시브 애노드는 바람직하게는 납 또는 납 합금을 포함한다. 납 합금은 바람직하게는 은 또는 주석을 함유한다. 다른 실시예에 따르면, 패시브 애노드는 코팅이 있는 티타늄을 포함한다. 예컨대, 코팅으로서 루테늄, 백금 또는 이리듐이 제공된다.

바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 니켈 소스층의 전기 도금은 50 내지 550 A/dm², 바람직하게는 80 내지 350 A/dm², 그리고 특히 바람직하게는 80 내지 220 A/dm²의 전류 밀도로 수행된다. 전해질욕은 바람직하게는 황산을 함유한다. 황산 부분은 1 내지 20 g/l, 바람직하게는 2 내지 13 g/l, 그리고 특히 바람직하게는 4 내지 8 g/l에 달한다. 실제 목적을 위해, 전해질욕은 황산 니켈을 포함한다. 바람직하게는 전해질욕 내에서 pH 값의 안정화를 위해 붕산이 제공된다. 붕산의 부분은 바람직하게는 25 내지 80 g/l, 특히 바람직하게는 30 내지 70 g/l, 그리고 매우 특히 바람직하게는 40 내지 60 g/l에 달한다. 바람직한 실시예에 따르면, 전해질욕은 보다 높은 전도도를 얻기 위하여 황산 나트륨을 함유한다. 황산 나트륨의 부분은 바람직하게는 40 내지 55 g/l에 달한다. 유리하게는, 어떠한 다른 첨가제도 전해질욕에 첨가되지 않는데, 그 이유는 그렇지 않으면 솔더링 거동이 열악해지기 때문이다. 전해질욕의 니켈 부분은 유리하게는 50 내지 130 g/l, 보다 유리하게는 70 내지 100 g/l, 그리고 특히 유리하게는 80 내지 90 g/l의 값에 대응한다. 전해질욕의 유량은 바람직하게는 1 내지 10 m/min, 보다 바람직하게는 2 내지 5 m/min, 그리고 특히 바람직하게는 2.5 내지 3.5 m/min에 달한다.

적어도 하나의 솔더 소스층의 전기 도금이 30 내지 500 A/dm², 바람직하게는 40 내지 325 A/dm², 그리고 특히 바람직하게는 40 내지 200 A/dm²의 전류 밀도로 수행되는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다. 전해질욕은 유리하게는 황산을 함유한다. 황산 부분은 더욱 유리하게는 80 내지 120 g/l, 그리고 특히 유리하게는 90 내지 110 g/l에 달한다. 전해질욕 내의 솔더 부분은 전해질욕 내의 황산 부분에 대해 조절되는 것이 적절하다. 솔더 부분은 바람직하게는 황산에 의해 용해될 수 있는 최대값인 전해질욕 부분에 대응한다. 유리하게는, 어떠한 다른 첨가제도 전해질욕에 첨가되지 않는다. 구체적으로, 붕산이 첨가되지 않는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 pH 값을 추가로 조절할 필요가 없기 때문이다.

솔더 소스층이 구리를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 솔더 소스층은 적어도 30% 구리, 특히 바람직하게는 적어도 50% 구리, 그리고 매우 특히 바람직하게는 적어도 70% 구리이다. 바람직한 실시예에 따르면, 솔더 소스층은 적어도 90% 구리이다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 니켈 소스층이 스틸 소스층의 각 면에 부착된다. 니켈 소스층은 바람직하게는 일정한 전해질 유량을 갖는 셀을 이용하여 부착된다. 니켈 소스층은 특히 바람직하게는 일정한 전해질 유량을 갖는 셀 내에서 양쪽 면에 부착된다. 양쪽 면에 부착된 니켈 소스층은 매우 특히 바람직하게는 중력 셀 내에서 스틸 소스층에 부착된다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 솔더 소스층은 스틸 소스층의 단 하나의 면 상에서 하나의 니켈 소스층에 또는 2개의 니켈 소스층 중 하나의 니켈 소스층에 부착된다. 단 하나의 솔더 소스층은 바람직하게는 롤링 중에 파이프의 내측을 형성한다. 실제 목적을 위해, 솔더 소스층은 반경 방향 셀에 의해 부착된다. 솔더 소스층은 특히 바람직하게는 복수 개의 반경 방향 셀을 이용하여 부착된다. 바람직한 실시예에 따르면, 솔더 소스층은 적어도 2개의 반경 방향 셀을 이용하여 부착된다. 다른 실시예에 따르면, 솔더 소스층은 적어도 4개의 반경 방향 셀에 의해 부착된다.

스틸 스트립의 세척은 탈지 및/또는 산 세척을 포함하는 것이 바람직하다. 탈지는 바람직하게는 2 단계로 수행된다. 제1 탈지 단계에서, 스틸 스트립은 특히 바람직하게는 브러시를 이용하여 알칼리욕에서 탈지된다. 제2 탈지 단계에서, 스틸 스트립은 가스 송풍기를 이용하여 알칼리욕에서 탈지된다. 탈지의 각 서브 단계 후에, 물에 의한 헹굼, 바람직하게는 물에 의한 캐스케이드 헹굼(cascade rinsing)이, 유리하게는 브러시를 이용하여, 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 다중벽 파이프, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 파이프를 교시하는데, 파이프는 롤링에 의해 적어도 하나의 다층형 금속 스트립으로부터, 또는 다층형 금속 스트립의 적어도 하나의 섹션으로부터 형성되고, 파이프의 각 벽은 스틸층을 포함하고, 이 스틸층은 한쪽 면 또는 양쪽 면에 솔더층이 코팅되며, 스틸층은, 솔더층을 향해 니켈 농도가 증가하는 구역을 갖고, 솔더층은, 스틸층을 향해 니켈 농도가 증가하는 구역을 갖는다.

바람직하게는, 파이프는 적어도 이중벽이 되도록 설계된다. 더욱이, 다중벽 파이프의 벽들은 바람직하게는 롤링될 때에 전체 벽 갯수의 와인딩(winding)에 의해 형성된다. 파이프는 바람직하게는 솔더층들 중 적어도 하나에 의해 솔더링된다. 솔더링은 파이프의 적어도 서브 영역에서 철, 니켈 및 솔더 원자의 확산을 유발시킨다. 이는 솔더링 전에 존재하는 스틸 소스층, 니켈 소스층(들) 및 솔더 소스층(들) 간에 날카로운 경계부의 용융에 의해 달성된다. 이러한 이유로, 솔더링 후에는 오직 스틸층, 니켈층 및 솔더층만이 언급된다. 이에 따라 "스틸층"이라는 용어는, 이 층에서, 철 원자의 부분이 솔더 원자의 부분보다 크다는 것을 의미한다. "솔더층"이라는 용어는 스틸층이라는 용어와 유사하게 정의된다. 여기서, 이전 니켈 소스층의 구역이 이후에 정의상 스틸층 또는 솔더층에 속하기 때문에, 솔더링 후에 니켈층이 더 이상 존재하지 않도록 이전 니켈 소스층의 전체 구역에 철 및 솔더 원자가 존재하는 경우가 있을 수 있다. 철 또는 솔더 원자가 침투하지 않은 구역이 니켈 소스층에 여전히 존재하는 경우에만 지칭되는 니켈층, 이에 따라 원래의 니켈 소스층이 여전히 존재한다.

바람직하게는, 스틸층이 스틸 스트립을 형성한다. 더욱이, 스틸 스트립은 바람직하게는, 연성이며 특히 냉간 성형에 매우 적합한 스틸을 나타낸다. 스틸층, 또는 스틸 스트립의 스틸은 각각 스틸 타입 DC 또는 DX에 포함되는 것이 특히 바람직하다. 스틸층, 또는 스틸 스트립의 스틸은 각각 스틸 DC03 또는 DC04에 포함되는 것이 매우 특히 바람직하다. 스틸층의 두께는 바람직하게는 150 ㎛ 내지 600 ㎛, 보다 바람직하게는 250 ㎛ 내지 420 ㎛, 그리고 특히 바람직하게는 300 ㎛ 내지 370 ㎛이다. 솔더층은 바람직하게는 2 ㎛ 내지 12 ㎛, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 내지 8 ㎛, 그리고 특히 바람직하게는 4 ㎛ 내지 6 ㎛의 두께를 갖는다. 파이프의 외경이 2 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 3 mm 내지 15 mm, 그리고 매우 특히 바람직하게는 4 mm 내지 12 mm에 달하는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다.

매우 특히 바람직한 실시예에 따르면, 니켈을 함유하는 구역은 40 내지 800 nm, 바람직하게는 60 내지 300 nm, 그리고 특히 바람직하게는 70 내지 200 nm의 니켈 소스층(들)의 두께에 대응한다. "니켈을 함유하는 구역"이라는 용어는 니켈 농도가 증가하는 구역 및/또는 니켈층을 지칭한다. 원래의 니켈 소스층의 두께는 니켈을 함유하는 구역에서 니켈 농도의 적분으로부터 계산될 수 있다. 따라서, 원래의 니켈 소스층(들)의 두께를 결정하기 위해서는, 파이프의 반경을 따른 니켈 농도를 결정하는 것이 필요하다.

매우 유리한 실시예에 따르면, 파이프의 최내측 층이 솔더층이다. 더욱이, 파이프의 최외측 층에 솔더가 없는 것이 유리하다. 실제 목적을 위해, 파이프의 기저부를 형성하는 금속 스트립은 한쪽 면에만 솔더 소스층을 갖는다. 이는 솔더가 파이프의 외표면에는 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 이는, 부식 보호부가 예컨대 아연의 형태로 파이프의 외측에 적용될 때에, 부식 보호의 효과가 솔더 때문에 감소된다고 판명되었기 때문이다. 더욱이, 아연과 함께 솔더는 파이프의 외표면의 취성을 증가시킨다. 이는, 예컨대 후속 벤딩 절차에 있어서 중요하다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 스틸층의 최외측은 그 외표면에 니켈 농도가 증가하는 구역을 갖는다. 실제 목적을 위해, 모든 스틸층은, 그 2개의 경계면에서 니켈 농도가 각각의 경계면을 향해 증가하는 구역을 갖는다. 파이프의 기저부는 바람직하게는 양쪽 면에 니켈 소스층을 갖는 금속 스트립이다. 이는, 아연으로 이루어진 부식 보호층이 보다 양호한 특성을 갖는다는 이점이 있다. 이는, 아연욕에서 아연 도금될 때에 철 원자가 도포된 아연층으로 확산되어 아연 코팅의 부식 특성을 감소시키기 때문이다. 다른 한편으로, 니켈은 아연보다 높은 용융 온도로 인해 이러한 확산을 방지한다. 그 결과, 아연과 철의 상호 확산이 감소되고, 소위 순수한 아연층(확산된 철 원자가 없는 아연층)이 더 두껍게 된다. 따라서, 나중에 외측 니켈층에 도포된 아연층은 그 부식 보호 특성의 관점에서 니켈층에 의해 개선된다.

유리하게는, 솔더층은 구리를 포함한다. 솔더층에서 구리 부분은 바람직하게는 적어도 30%, 보다 바람직하게는 적어도 50%, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 70%에 달한다. 특히 바람직한 실시예에서, 구리 부분은 적어도 90%에 달한다.

본 발명은, 니켈이 스틸에 관한 솔더의 부착 촉진자로서 기능하는 데에 특히 적합하다는 점, 그리고 이에 따라 전해질욕 내에 시안화물의 첨가를 피할 수 있다는 점에 관한 지식에 기초한다. 더욱이, 니켈과 솔더가 일정한 전해질 유량의 가능성을 갖는 셀에 의해 매우 경제적인 방식으로 부착될 수 있다는 것을 알았다. 이는 특히 반경 방향 셀 또는 중력 셀에 의해 가능하게 된다. 또한, 특히 양호한 부착 촉진을 위해, 니켈 소스층이 유리하게는 매우 콤팩트하다는 것을 알았다. 이는 매우 높은 전류 밀도가 사용된다는 점에서 달성된다. 이 높은 전류 밀도에는 패시브 애노드가 바람직하다. 정밀하게 밸런싱(balancing)된 적절한 혼합물의 전해질욕이 또한 유리하다. 본 발명은 또한 니켈이 스틸 소스층, 또는 스틸층에서 솔더 원자의 확산을 각각 감소시키는 매우 양호한 확산 배리어를 형성한다는 지식을 기초로 한다. 그 결과, 스틸의 취성이 감소된다. 따라서, 파이프는 후속하는 벤딩 프로세스를 겪을 때에 더 높은 품질을 나타낸다. 더욱이, 본 발명은, 니켈이 아연 또는 아연 합금으로 이루어진 부식 보호 코팅의 특성을 향상시킨다는 지식을 기초로 한다. 더욱이, 솔더는 아연 또는 아연 합금의 부식 보호 특성을 각각 감소시킨다. 따라서, 솔더층은 금속 스트립의 한쪽 면에서만 파이프의 최내측 층을 형성하는 것이 유리하다. 이에 따라, 양쪽 면에 부착될 때에, 니켈은 파이프의 외표면에 배치된다.

본 발명은 본 발명의 2개의 예시적인 실시예만을 도시하는 도면을 기초로 하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 파이프용 금속 스트립을 제조하는 장치의 일부의 간략한 도면을 도시하고;
도 2는 도 1의 장치의 반경 방향 셀의 상세한 도면을 도시하며;
도 3은 도 1의 장치로 제조된 금속 스트립을 도시하고;
도 4는 도 3의 금속 스트립으로부터 제조된 본 발명에 따른 파이프를 단면도로 도시하며;
도 5a는 도 4의 본 발명에 따른 파이프의 벽의 확대도를 도시하고;
도 5b는 본 발명에 따른 제2 파이프의 벽의 확대도를 도시한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다중벽 파이프(1)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실질적인 부분을 도시한다. 도 3 내지 도 5a는 본 발명에 따른 제1 파이프(1)의 층 구조를 도시한다. 마지막으로, 도 5b는 본 발명에 따른 제2 파이프(1)의 층 구조를 도시한다.

도 1에는, 본 발명에 따른 파이프(1)용 금속 스트립(3)을 제조하는 장치의 일부가 도시되어 있다. 스틸 스트립(19)은 바람직하게는 700 mm 내지 1000 mm의 폭을 갖는 소스 재료의 역할을 한다. 스틸 스트립(19)은 금속 스트립(3)의 스틸 소스층(2)을 형성한다. 스틸 소스층(2)은 바람직하게는 300 내지 370 ㎛의 두께를 갖고, 연성이며 냉간 성형에 아주 적합한 스틸 타입 DC03 및 DC04로 구성된다.

스틸 스트립(19)은 최종 단계에서 세척된다. 세척은 알칼리욕 내에서의 2단계 탈지를 포함하는데, 1회의 브러싱과 1회의 가스 송풍을 이용하여 적절한 그리스 제거가 보장된다. 스틸 스트립(19)은 서브 단계들 사이에 물을 이용한 캐스케이드 헹굼을 겪는다. 탈지 후에, 황산을 이용한 산 세척이 수행되고, 이어서 캐스케이드 물 헹굼이 다시 행해진다. 세척 후에, 스틸 스트립(19)은 니켈 및 구리로 코팅하기 위한 준비가 된다.

도 1에서, 스틸 스트립(19)이 먼저 좌측에서 우측으로 중력 셀(12)을 통과하고 이어서 2개의 반경 방향 셀(13)을 통과하는 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 금속 스트립(3)은 우선 도면의 가장 좌측에서 스틸 스트립(19)에 의해 형성되거나, 또는 스틸 소스층(2)이 초기에 금속 스트립(3)의 단일층으로서 형성된다. 니켈 코팅이 중력 셀(12)에서 이루어지는데, 이때 70 내지 200 nm의 니켈이 스틸 소스층(2)의 양쪽 면에 부착된다. 이에 따라, 금속 스트립(3)은 각각의 2개의 평탄한 표면 상에서 니켈 소스층(4)만큼 확장된다.

중력 셀(12)은 이동 가능한 애노드(20)를 갖는다. 이동 가능한 애노드(20)는 패시브이고, 납/주석 합금으로 구성되며, 전해질욕 내에 침지된다. 전해질욕의 전류 밀도는 바람직하게는 80 내지 220 A/dm²이다. 전해질욕은 황산을 함유하고, 황산은 전해질욕의 4 내지 8 g/l에 대응한다. 더욱이, 붕산이 전해질욕에 첨가된다. 전해질욕 내에서 붕산의 부분은 40 내지 60 g/l에 대응한다. 게다가, 40 내지 55 g/l인 황산 나트륨의 부분이 전해질욕 내에 존재한다. 다른 첨가제는 없다. 전해질욕의 니켈 부분은 80 내지 90 g/l에 달한다. 전해질욕의 유량은 2.5 내지 3.5 m/min의 속도가 달성되도록 세팅된다.

중력 셀(12) 이후에, 금속 스트립(3)은 2개의 반경 방향 셀로 안내되는데, 이들 반경 방향 셀은 적어도 90%의 구리를 갖는 솔더 소스층(5)을 금속 스트립(3)의 하면에 2 단계로 부착한다. 솔더 소스층(5)의 전체 두께는 바람직하게는 제2 반경 방향 셀(13) 후에 4 내지 6 ㎛에 달한다. 반경 방향 셀(13)을 더 명확하게 도시하기 위하여, 그러한 반경 방향 셀(13)의 확대도가 도 2에 도시되어 있다. 스틸 소스층(2)과 2개의 니켈 소스층(4)을 포함하는 금속 스트립(3)이 먼저 도면의 좌상부에 있는 편향 롤러(13) 위에서 활주하고, 이어서 접촉 드럼(16) 위로 안내된다. 접촉 드럼(16)과 접촉한 직후에, 전해질욕은 전해질욕 입구에서 반경 방향 셀(13) 내로 공급된다. 금속 스트립(3)이 접촉 드럼(16)가 접촉하기 때문에, 금속 스트립(3)의 하면만이 전해질욕과 접촉한다. 패시브 애노드(17)는, 솔더 이온이 금속 스트립(3)의 하면으로 흐르게 한다. 따라서, 애노드(17)는 접촉 드럼(16), 및 이에 따라 금속 스트립(3)의 하면에 대한 간격이 항상 기본적으로 일정하게 유지되도록 배향된다. 반경 방향 셀(13)의 최하 지점에 배치되는 전해질욕 출구(18)가 존재하고, 이 출구에서 그 동안에 솔더 이온이 상대적으로 고갈된 반경 방향 셀(13)의 전해질이 제거되며, 다음으로 도시되지 않은 장치에서 솔더 이온이 다시 농후해지게 된다. 이후에, 금속 스트립(3)은 먼저 전해질욕과 관련한 전류와 반대로 제2 전해질욕 입구(15)를 지나가고, 이어서 제2 편향 롤러(14)를 통해 반경 방향 셀(13)로부터 제거된다. 이 프로세스는 제2 반경 방향 셀(13) 내에서 반복되어 솔더 소스층(5)의 부착을 완성시킨다.

40 내지 200 A/dm²의 매우 높은 전류 밀도가 반경 방향 셀(13) 내에 존재한다. 애노드(17)는 패시브이고, 납/아연 합금을 포함한다. 전해질욕은 90 내지 110 g/l의 황산뿐만 아니라 최대 가용성까지 솔더를 함유한다. 붕산 등의 다른 첨가제는 존재하지 않는다. 솔더 코팅의 서브 단계 후에, 금속 스트립(3)을 헹군다. 이때, 금속 스트립(3)의 제조가 완료된다.

금속 스트립(3)은 도 3에서 예시를 위해 절취 사시도로 도시되어 있다. 300 내지 370 ㎛의 두께를 갖는 스틸 소스층(2)과, 70 내지 200 nm의 두께를 갖는 인접한 니켈 소스층(4)과, 4 내지 6 ㎛의 두께를 갖는, 금속 스트립(3)의 하면 상의 솔더 소스층(5)을 쉽게 볼 수 있다. 개별적인 층들의 두께들 간의 차이가 크기 때문에, 도 3의 금속 스트립은 실척으로 도시되어 있지 않다.

금속 스트립(3)은, 추가 프로세스 단계에서 롤러에 의해 튜브로 롤링되는 섹션들로 분할된다. 예시적인 본 실시예에서, 섹션들은 파이프(1)가 2개의 벽(6)을 갖도록 롤러에 의해 2회 롤링된다. 롤링 후에, 파이프는 인덕션 오븐에 의해 가열되고, 이에 의해 솔더 소스층(5)이 용융된다. 이 방식으로 2개의 벽(6)이 서로 솔더링되고, 이에 따라 파이프(1)가 밀봉된다. 이중 와인딩으로 인해서뿐만 아니라 니켈, 철, 및 솔더 원자들의 확산 프로세스로 인해, 솔더링 후에는 소스층(2, 4, 5)이 더 이상 언급되지 않고, 대신에 스틸층(8)과 솔더층(9; 도 4 참조)만이 언급된다. 파이프(1)의 이중벽 양태로 인해, 이제 2개의 스틸층(8)과 2개의 솔더층(9)이 존재한다. 롤링 프로세스 중에 솔더 소스층(5)이 파이프(1)의 추가 내표면을 형성하는 것을 보장하기 위해 주의를 기울인다. 그 결과, 솔더링 후에, 내측 솔더층(9)이 파이프(1)의 최내측 층을 형성하고, 이어서 내측 스틸층(8)이, 다음에 외측 솔더층(9)이, 마지막으로 외측 스틸층(8)이 이어진다. 금속 스트립 섹션의 단부는 시임(7; seam)에서 결합된다.

명확하게 하기 위하여, 이는 파이프(1)의 벽 섹션의 확대도인 도 5a에서 쉽게 볼 수 있다. 솔더링 프로세스의 확산으로 인해, 도 5a에 따른 예시적인 실시예에서, 니켈 소스층(4)의 니켈은 스틸 소스층(2)은 물론 솔더 소스층(5)으로 확산된다. 이에 따라, 명확하게 묘사된 층 구조(2)가 솔더링의 결과로서 확산되고, 그 이유로 니켈은 오직 스틸층(8)과 솔더층(9) 사이의 경계면에서 기본적으로 가우스 분포로만 여전히 존재한다. 도 5a의 기초를 형성하는 솔더링 프로세스로 인해 또한 원래의 니켈 소스층(4)에서 철과 솔더 원자의 확산이 일어난다. 이 이유로, "스틸층"이란 용어는 항상 스틸 부분이 솔더 부분보다 클 때에 스틸층이 존재하도록 정의된다. "솔더층"이라는 용어도 유사하게 정의된다. 원래의 니켈 소스층(4)의 모든 구역에서, 도 5a의 예시적인 실시예의 철 및/또는 솔더 원자가 존재한다. 이들 구역(10)은 스틸층(8) 또는 솔더층(9)에 할당되고, 경계면을 향해 니켈 농도가 증가하는 구역(10)으로서 표시된다. 경계면은 철 원자의 농도가 그 한쪽에서 솔더 원자의 농도보다 큰 것으로 정의된다.

예시적인 제2 실시예(도 5b 참조)에서, 솔더링 프로세스는 불순물들이 원래의 니켈 소스층(4)의 모든 구역에 침투하지 않도록 낮은 열에너지량으로 수행된다. 이 경우에, 원래의 니켈 소스층(4)은 100% 니켈 농도를 갖는 니켈층(11)의 형태로 온전하게 유지된다. 경계 구역(10)은 스틸층(8) 또는 솔더층(9)에 할당된 구역이고, 동시에 니켈을 함유한다. 이 구역(10)에서의 니켈 농도는 니켈층(11)을 향해 증가된다. 니켈 농도가 증가하는 구역(10) 및/또는 니켈층(11)이 니켈을 함유하는 구역(21)을 형성한다.

마지막으로, 도 5a와 도 5b의 예시적인 실시예들의 조합이 또한 예상될 수 있다. 일례로, 몇몇 솔더링 프로레스에서, 주로 파이프(1)의 외측 구역이 가열된다. 이에 따라, 그 구역에서 확산이 더 강하게 두드러지므로, 벽(6)의 외측 구역에 니켈층(11)이 존재하지 않고, 대신에 니켈 농도가 증가된, 보다 넓은 구역(10)이 존재한다. 반대로, 파이프(1)의 내측 섹션에서, 니켈 소스층(4)은 니켈층(들)(11)의 형태로 온전하게 유지되지만, 이에 따라 적은 범위의 경계 구역(10)을 갖는다.

Claims (15)

1. 다중벽 파이프(1)를 제조하는 방법으로서, 스틸 스트립(19; steel strip)이 금속 스트립(3)의 스틸 소스층(2; steel source layer)을 형성하고, 니켈 소스층(4)이 스틸 소스층(2)의 적어도 하나의 면에 부착되며, 적어도 하나의 솔더 소스층(5; solder source layer)이 시안화물을 이용하지 않고 1개의 니켈 소스층(4)에 부착되거나, 또는 2개의 니켈 소스층(4) 중 한쪽에 또는 양쪽에 부착되고, 상기 다중벽 파이프는 금속 스트립(3)으로부터 또는 금속 스트립(3)의 섹션들로부터 롤링(rolling)에 의해 형성되며, 상기 다중벽 파이프(1)의 벽들은 가열에 의해 솔더링(soldering)되고,
   상기 니켈 소스층(4) 및 상기 솔더 소스층(5)은 전기 도금에 의해 부착되며, 적어도 하나의 상기 니켈 소스층(4)의 전기 도금은 50 내지 550 A/dm²의 전류 밀도로 수행되고, 상기 솔더 소스층(5)은 구리를 포함하는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 니켈 소스층(4), 적어도 하나의 상기 솔더 소스층(5), 또는 양자 모두의 전기 도금은 일정한 전해질 유량이 가능한 적어도 하나의 셀(13, 14; cell)에서 수행되는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 상기 솔더 소스층(5)의 전기 도금은 적어도 하나의 반경 방향 셀(13; radial cell)에서 수행되는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 상기 니켈 소스층(4), 적어도 하나의 상기 솔더 소스층(5), 또는 양자 모두의 전기 도금은 패시브 애노드(passive anode)를 이용하여 수행되는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 상기 솔더 소스층(5)의 전기 도금은 30 내지 500 A/dm²의 전류 밀도로 수행되는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스틸 소스층(2)의 양쪽 면에 니켈 소스층이 부착되는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 솔더 소스층(5)은 스틸 소스층(2)의 단 하나의 면 상에서 상기 1개의 니켈 소스층(4)에 부착되거나 또는 상기 2개의 니켈 소스층(4) 중 한쪽의 니켈 소스층에 부착되고, 단 하나의 솔더 소스층(5)이 다중벽 파이프(1)의 내표면을 형성하는 것인 다중벽 파이프의 제조 방법.
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